來自德國亞琛工業(yè)大學(xué)以及萊布尼茲材料研究所（DWI Leibniz-Institute for Interactive Materials and the RWTH Aachen University）的科學(xué)家們，運用Nanoscribe公司的Photonic Professional GT雙光子無掩模光刻系統(tǒng)研究出了一種全新的微流控微納加工方法 - 在2D微型通道內(nèi)制作嵌入式3D微流控器件，該器件的核心部件是模擬蜘蛛噴絲頭的復(fù)雜噴嘴設(shè)計。

微流控技術(shù)的多學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用主要表現(xiàn)在對微量體積的液體進行JZ控制和操作，廣泛應(yīng)用在化學(xué)，生物學(xué)和物理學(xué)的芯片實驗室（lab-on-a-chip）應(yīng)用中。而為了能更好得對這微小尺度空間進行分析研究，則需要通過集成更小部件來操控微流體通道。通常，微流體通道由主動和被動部件結(jié)合在一起（包括過濾器，閥門和混合器等）。然而，微流控芯片的傳統(tǒng)制造技術(shù)被限制于二維層面，限制了對三維空間的利用，例如多相液滴分離，交換混合器和濕相纖維紡絲等應(yīng)用。

如今，科學(xué)家們采用一種全新的方式解決了制造并集成3D微納結(jié)構(gòu)集成到2D微流體通道的問題。他們運用雙光子聚合技術(shù)于微流道母版制造和密閉通道系統(tǒng)內(nèi)部的芯片內(nèi)打印，開創(chuàng)了一種全新的微流控微納加工方法。運用Nanoscribe的雙光子聚合（2PP）技術(shù)打印微型通道的聚合物母版，并結(jié)合軟光刻技術(shù)做后續(xù)復(fù)制工作。隨后，在密閉的微流道中通過芯片內(nèi)3D技術(shù)直接制作復(fù)雜結(jié)構(gòu)的噴絲頭。

Nanoscribe雙光子聚合微納加工技術(shù)賦予微流控新應(yīng)用

雙光子聚合（2PP）技術(shù)結(jié)合增材制造可以實現(xiàn)超越二維微流體平面的任意三維結(jié)構(gòu)幾何形狀的制作。用該技術(shù)制造的三維微納結(jié)構(gòu)，結(jié)合Nanoscribe無掩模光刻系統(tǒng)的高精度定位設(shè)備，可成功將復(fù)雜結(jié)構(gòu)元件JZ集成到開放或密閉的微型通道中。利用2PP技術(shù)可以制作幾乎任何形狀的3D結(jié)構(gòu)，例如細胞支架，過濾器或混合器等,并打印到預(yù)制的微流道中，從而擴大了微流控應(yīng)用的更多可能性。

2PP技術(shù)同樣適用于2D或2.5D微流道系統(tǒng)聚合物母版制作。該應(yīng)用進一步小型化了復(fù)雜且集成的2D通道系統(tǒng)，同時拓展了制造具有幾微米甚至亞微米級橫向特征尺寸的花絲結(jié)構(gòu)的可能性。Nanoscribe的2PP技術(shù)可用于構(gòu)造包含不同規(guī)模結(jié)構(gòu)的聚合物母版，并通過例如軟光刻技術(shù)進行復(fù)制。

微流控設(shè)備的母板制作和芯片內(nèi)打印

為了在微流控芯片中制造和Z小化濕紡工藝，科研人員結(jié)合了母版制作，軟光刻技術(shù)復(fù)制和芯片內(nèi)打印技術(shù)。首先，運用2PP技術(shù)打印2D微流道系統(tǒng)的母版。第二步，通過將PDMS澆鑄在打印的聚合物母版上來制作通道結(jié)構(gòu)的陰模。通過使用氧氣等離子體將PDMS模具黏附到顯微鏡載玻片上密封。然后再通道中填充光敏樹脂液體，進行噴絲頭的芯片內(nèi)打印。通過物鏡聚焦于通道內(nèi)部的激光束用來打印內(nèi)徑僅12 μm的3D噴嘴。下一步，通過溶劑沖洗將通道內(nèi)未聚合的材料沖洗掉。這個方法利用2PP技術(shù)完成二維微流體母版制作，并在微流體通道內(nèi)集成高精度3D微納結(jié)構(gòu)。小型化的噴絲頭噴嘴所具備的濕紡工藝能夠合成媲美天然蜘蛛絲尺寸的濕紡單絲。

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